時域熒光擴散光層析的基本理論與實驗研究.pdf

1、由于近紅外光在生物組織中具有相對較低的組織吸收，可達到數(shù)厘米的穿透深度，同時隨著熒光分子探針技術在生物醫(yī)學研究中的深入研究和廣泛應用，熒光擴散光層析(FDOT)技術作為一種新穎的分子成像技術得到了不斷發(fā)展。時域技術在測量熒光壽命上具有潛在的優(yōu)勢，且能夠同時重建熒光產率和壽命以及進行多組分分析。本文主要探討了時域FDOT的基本原理和實驗方法，其內容包括基于時間相關單光子計數(shù)技術的多通道時間分辨系統(tǒng)測量、圖像重建算法、數(shù)值模擬和實驗驗證三個

2、主要環(huán)節(jié)。
　　 擴散方程為輻射傳輸方程的一階球諧近似，可作為描述光在組織體中的傳輸模型。熒光檢測量的數(shù)學表達式可由激發(fā)光和發(fā)射熒光之間的耦合擴散方程得到。文中提出了將廣義脈沖譜技術(GPST)應用到時域FDOT的方法。此方法應用有限元方法求解拉普拉斯變換的時域耦合擴散方程正向模型，在逆向模型中，通過引入一對拉普拉斯變換因子和應用代數(shù)重建技術(ART)求解線性方程使得熒光產率和壽命圖像同時重建。另外還應用了歸一化玻恩比方法，此方

3、法具有與光源強度無關、對系統(tǒng)誤差具有較小敏感性、對背景光學特性的非均勻性不敏感等優(yōu)點，與拉普拉斯變換相結合能夠克服測量系統(tǒng)的零點校正問題。將提出的算法進行了數(shù)值模擬驗證，在空間分辨率、定量重建性等方面進行了評估，且討論了在噪聲數(shù)據(jù)下變換因子的選擇對圖像重建的影響。
　　 全時間分辨方法(Full TR)包含了組織體內部光學參數(shù)和熒光參數(shù)最豐富的信息，成像質量高，因而可作為評估其它算法成像質量的標準。在此方法中，利用有限元-時域有

4、限差分方法求解了時域耦合擴散方程的正向模型，在逆向模型中應用了Newtown-Raphson方法重建了熒光產率和壽命圖像，另外對權重矩陣的計算、線性逆和正則化方法進行了說明。將提出的方法進行了二維模擬驗證，并對其空間分辨率、重建定量性、重建目標尺寸、噪聲魯棒性等方面進行了評估，且與廣義脈沖譜技術進行了比較。
　　 針對時間相關單光子計數(shù)系統(tǒng)，采用了基于時間分辨反射測量技術的混濁介質光學參數(shù)重構方法快速準確地測量了固態(tài)及液態(tài)仿體的